Ethereum Beacon Chain란 무엇인가?

Ethereum Mainnet와 달리, Beacon Chain은 트랜잭션이나 스마트 컨트랙트를 처리하지 않는다. 대신, staker(proof of stake 블록을 검증하는 주체)와 shard chain(메인 네트워크를 분할한 체인)을 관리함으로써 전체 Ethereum 네트워크를 조율한다.

The Beacon Chain은 Ethereum 창시자 Vitalik Buterin의 블록체인에 대한 비전에 항상 포함되어 있던 요소다.

beacon chain의 특징은 무엇인가?

Ethereum 2.0의 핵심 구성 요소인 Beacon Chain의 주요 특징을 살펴본다.

proof-of-stake(PoS)란 무엇인가?

먼저, Beacon Chain은 블록체인 네트워크의 컴퓨터가 트랜잭션을 검증하기 위한 합의 메커니즘으로 Proof-of-Stake(PoS)를 도입한다.

Ethereum은 이전에 Proof-of-Work(PoW)를 사용했는데, 이는 네트워크를 보호하기 위해 많은 양의 에너지를 소비하는 방식에 의존했다.

Proof-of-Stake는 네트워크 보안을 자본에 의존하며, 채굴자 대신 검증자(validator)가 성과에 따라 금전적으로 보상받거나 처벌받는다.

shard chain 소개

Ethereum 로드맵은 한때 네트워크의 처리량을 확장하기 위해 64개의 "shard chain"을 병렬로 운영하는 것을 계획했다.

이후 커뮤니티는 레이어 2 중심 로드맵을 통한 확장으로 초점을 옮겼다.

proof of stake로의 전환

Proof of Work에서 Proof of Stake로의 Ethereum의 중대한 전환에 대해 논의한다. 이 전환은 에너지 효율성과 확장성에 큰 영향을 미친다.

proof of stake 이해하기(vs. proof of work)

이제 PoS가 합의 메커니즘으로서 선호되는 이유를 구체적으로 살펴본다. 간단히 말해, 합의 메커니즘은 블록체인 네트워크의 컴퓨터들이 어떤 트랜잭션이 유효한지 합의할 수 있게 하는 방식이다.

PoW에서는 참여하는 모든 "채굴자"가 복잡한 수학 문제를 풀기 위해 경쟁하며, 이를 통해 새로운 트랜잭션을 검증하고, 블록체인을 업데이트하고, 보상을 받는다. PoW는 검증되고 안전한 방식이지만, 에너지 소모가 큰 과정으로 인해 점점 비현실적이 되고 있다.

이에 비해 PoS는 한 번에 소수의 "검증자"만을 반(半)무작위로(자세한 내용은 아래 참고) 선택하여 다음 블록의 트랜잭션을 검증하고 해당 블록을 블록체인에 제안하도록 함으로써 이 문제를 해결한다. 이 과정은 PoW의 "채굴(mining)"과 대비되는 "생성(minting)"이라 불린다.

특정 시점에 경쟁하는 참여자 수가 99% 이상 적기 때문에, PoS는 새로운 블록을 생성하는 데 필요한 연산력과 에너지를 크게 줄인다.

검증자가 되려면 어떻게 해야 하는가?

검증자가 되기 위해서는 노드가 일정량의 ETH를 Ethereum 네트워크에 예치해야 한다. 이를 "스테이킹(staking)"이라 하며, 담보 또는 보증금과 유사한 개념이다. 업그레이드에서는 검증자 노드를 운영하기 위해 메인 Ethereum 체인에 최소 32 ETH를 스테이킹해야 한다.

스테이킹 규모는 해당 검증자가 블록 생성(minting)에 선택될 확률을 선형적으로 결정한다. 예를 들어, Alice가 320 ETH를 스테이킹하고(엄청난 양이다!) Bob이 32 ETH를 스테이킹하면, Alice의 노드는 다음 블록을 생성하도록 선택될 확률이 10배 높아진다. 따라서 선택 과정은 완전히 무작위는 아니다.

검증자가 다음 블록을 검증하도록 선택되면, 먼저 블록 내 모든 트랜잭션이 유효한지 확인한다. 모든 것이 문제없으면, 검증자는 해당 블록을 블록체인에 기록함으로써 블록체인의 상태를 변경한다.

이 정보는 이후 attestation이라는 과정을 통해 최소 128명의 다른 검증자로 구성된 "위원회(committee)"에 의해 확인된다. 블록이 검증되면, 최초로 선택된 검증자는 검증된 트랜잭션과 관련된 수수료로 구성된 스테이킹 보상을 받는다.

검증자의 정직성은 어떻게 유지되는가?

PoS가 성공적으로 작동하려면 staker가 정직한 검증자로 행동할 것이라는 신뢰가 필수적이며, 이를 실현하기 위한 여러 방법이 있다.

첫째, 검증자가 부정한 트랜잭션을 승인하면 스테이킹한 자산의 일부를 잃게 되는데, 이를 "슬래싱(slashing)"이라 한다.

이것이 스테이킹 금액이 그렇게 높은(32 ETH) 이유 중 하나다. 스테이킹 금액이 항상 스테이킹 보상보다 크면, staker는 부정직한 노드가 될 금전적 유인이 없다. 얻을 수 있는 것보다 잃을 것이 더 많기 때문이다.

또한, 노드가 검증자 역할에서 벗어나고자 할 경우, 스테이킹 금액과 스테이킹 보상을 인출할 수 있기까지 약 25분의 지연이 있다. 이 잠금 기간 동안에도, 해당 검증자가 부정한 블록을 승인한 것으로 네트워크가 판단하면 슬래싱될 수 있다.

Ethereum Foundation 팀은 모든 측면에서 검증자에게 책임을 부여함으로써 이 부분을 철저히 고려했다.

PoS: 더 안전하고 분산화된 블록체인인가?

PoW의 또 다른 단점은 채굴 풀(mining pool)의 사용을 조장한다는 점이다. 채굴자들이 팀을 이루어 연산력을 결합함으로써 해시를 풀 확률을 높이고, 이후 보상을 풀 참여자 전체에 균등하게 분배하는 방식이다.

이는 또한 악의적인 행위자가 채굴 풀을 합쳐 네트워크 전체 해시 파워의 51% 이상을 장악할 가능성을 만든다. 51% 공격으로 알려진 이러한 블록체인의 중앙화는 이런 채굴 풀이 자신들의 이익을 위해 부정한 트랜잭션을 승인할 수 있게 만들 수 있다.

중앙화는 블록체인의 가장 근본적인 원칙에 반하며, PoS는 이 문제를 해결한다. 어떻게 그런가?

PoS는 채굴 장비의 연산력 총합에 의존하는 대신, 스테이킹한 양에 따라 검증자를 선택한다. 따라서 PoS에서 51% 공격을 시도하려면 전체 스테이킹된 코인의 51% 이상을 확보해야 하는데, 코인의 가치에 따라 수천억 달러에 달하는 비용이 들 수 있어 매우 비싸고 비현실적이다.

또한, 채굴 풀은 규모의 경제가 주는 이점도 누린다. PoW에서는 추가로 투입된 채굴기가 창출하는 수익이 대형 채굴 풀에 그 채굴기를 추가하는 비용보다 크다. 따라서 이는 본질적으로 부유한 자를 더 부유하게 만든다.

반면, 스테이킹을 통해 검증자가 되는 것은 채굴보다 쉬운데, 값비싼 채굴 장비를 먼저 구매할 필요가 없기 때문이다. 이에 따라 Ethereum Foundation 팀은 이것이 더 많은 사람들이 네트워크에 참여하도록 장려하여, 시간이 지남에 따라 네트워크를 더욱 분산화하고 51% 공격으로부터 안전하게 만들 것이라 기대하고 있다.

The merge - 현재 상황과 다음 단계

Ethereum은 2022년 9월 The Merge를 성공적으로 완료했다. 다음 단계는 proto-danksharding이며, 이어서 full danksharding이 진행된다. 이는 추가 블록체인이 그 위에 구축될 수 있는 기반 레이어로서 mainnet을 최적화하기 위한 것이다.

이는 Ethereum이 추구하는 확장성, 보안성, 지속가능성이라는 비전을 실현하는 거대하고 흥미로운 단계로서, 네트워크 사용자들에게 이익이 될 뿐만 아니라 블록체인 생태계를 위한 더 친환경적인 미래를 만들어 나가는 과정이다.